安全繼電器及安全PLC在制造行業(yè)中的應(yīng)用

安全繼電器及安全PLC在制造行業(yè)中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)外的各制造行業(yè)廠商歷來(lái)重視制造過程中的平安與愛護(hù)。隨著產(chǎn)能的不斷提升，廠商對(duì)設(shè)備自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，機(jī)器和設(shè)備也越來(lái)越簡(jiǎn)單、速度也越來(lái)越快。因此，廠商對(duì)這些機(jī)器的平安要求也越來(lái)越高。我們既要能夠保證平安、牢靠性，又要保證敏捷、易維護(hù)性。這就對(duì)平安元器件的正確和合理的設(shè)計(jì)和選擇提出了肯定的要求。平安功能在工業(yè)設(shè)備上的使用在發(fā)達(dá)國(guó)家已非常普及，例如，在歐洲有強(qiáng)制的平安標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到相應(yīng)平安等級(jí)的設(shè)備不能投產(chǎn)；在美國(guó)則依靠高額的事故賠償來(lái)強(qiáng)制設(shè)備的平安性。通常，我們可以參照以下歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)：EN1050-1996機(jī)械平安風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)EN292－1：1991機(jī)器平安基本概念與設(shè)計(jì)通則EN954-1機(jī)械平安掌握系統(tǒng)有關(guān)平安部件第1部分設(shè)計(jì)通則EN/IEC60204機(jī)械平安機(jī)械電氣設(shè)備EN/ISO13894機(jī)械的平安掌握系統(tǒng)有關(guān)的平安部件EN/IEC61508主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的功能平安EN418緊急制動(dòng)設(shè)備EN1088與愛護(hù)裝置有關(guān)的連鎖裝置設(shè)計(jì)和選擇原則EN12415機(jī)床平安小型數(shù)控車床和車削中心EN12417機(jī)床平安加工中心EN12478機(jī)床平安大型數(shù)控車床和車削中心EN692：1996機(jī)械壓力機(jī)平安EN693：2000機(jī)床平安液壓機(jī)EN1550：1997機(jī)床平安工件夾緊用卡盤設(shè)計(jì)和制造的平安要求在這方面我國(guó)還處于起步階段，許多有肯定危急性的設(shè)備沒有任何平安愛護(hù)措施，這也是工廠事故頻發(fā)的一個(gè)重要緣由。隨著國(guó)家對(duì)此重視程度的提高和以人為本理念的漸漸深化人心，設(shè)備的平安性正得到越來(lái)越多的重視。設(shè)備的平安性能由機(jī)械平安防護(hù)和電氣平安掌握兩方面組成。機(jī)械平安防護(hù)在本文不做過多介紹，下面具體介紹電氣平安掌握的原理及應(yīng)用。平安掌握系統(tǒng)必需供應(yīng)一種高度牢靠的平安愛護(hù)手段，最大限度地避開機(jī)器的擔(dān)心全狀態(tài)、愛護(hù)生產(chǎn)裝置和人身平安，防止惡性事故的發(fā)生、削減損失。該系統(tǒng)在開車、停車、消失工藝擾動(dòng)以及正常維護(hù)操作期間對(duì)機(jī)器設(shè)備供應(yīng)平安愛護(hù)。一旦當(dāng)機(jī)器設(shè)備本身消失危急，或由于人為緣由而導(dǎo)致危急時(shí)，系統(tǒng)馬上做出反應(yīng)并輸出正確信號(hào)，使機(jī)器平安停車，以阻擋危急的發(fā)生或事故的集中。一套平安掌握系統(tǒng)，由平安輸入信號(hào)（即平安功能，如緊急停止信號(hào)、平安門信號(hào)等）、平安掌握模塊（如平安繼電器、平安PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。要使設(shè)備達(dá)到相應(yīng)的平安等級(jí)就離不開必要的平安元件和平安線路，常見的平安元件有急停按鈕、雙手按鈕、平安門開關(guān)、平安光柵等。這些元件通過線路（一般是雙回路）連接到平安掌握的核心，此核心不是一般的PLC，由于它不具備平安功能。具有平安要求的機(jī)器中，一般的繼電器或者PLC被廣泛地作為掌握模塊，對(duì)平安功能進(jìn)行監(jiān)控。從表面看來(lái)，這樣的機(jī)器在肯定條件下也能夠保證平安性。但是，當(dāng)一般的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界緣由導(dǎo)致功能失效時(shí)（如觸點(diǎn)熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會(huì)丟失平安愛護(hù)功能，引發(fā)事故。而對(duì)于平安掌握模塊，由于其采納冗余、多樣的結(jié)構(gòu)，加之以自我檢測(cè)和監(jiān)控、牢靠電氣元件、反饋回路等平安措施，保證在本身缺陷或外部故障的狀況下，依舊能夠保證平安功能，并且可以準(zhǔn)時(shí)的將故障檢測(cè)出來(lái)。從而在最大程度上保證了整個(gè)平安掌握系統(tǒng)的正常運(yùn)行，愛護(hù)了人和機(jī)器的平安。電氣平安掌握的方式大致分為以下幾種：1.用一般繼電器搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路。這種是最原始的平安掌握方式，能達(dá)到較低的平安等級(jí)。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，缺點(diǎn)是維護(hù)和改造非常簡(jiǎn)單，無(wú)法監(jiān)控。2.使用平安繼電器搭建平安回路。上個(gè)世紀(jì)隨著平安繼電器的消失，它已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中?？梢杂糜谡莆諉我黄桨补δ?，適用于小型的平安掌握系統(tǒng)。其平安輸出通常有繼電器觸點(diǎn)輸出或晶體管輸出。無(wú)論采納何種形式的輸出結(jié)構(gòu)，平安繼電器都能夠保證至少2個(gè)通道進(jìn)行輸出的掌握。在一個(gè)輸出通道消失故障的狀況下，另外一個(gè)冗余的通道依舊能夠保證平安繼電器的平安功能，并且準(zhǔn)時(shí)檢測(cè)出故障通道。常見的平安繼電器品牌有皮爾茲、施邁賽等，現(xiàn)在西門子、歐姆龍等系統(tǒng)集成商也都相繼推出了自己的平安繼電器產(chǎn)品。此掌握方式成本適中，能達(dá)到較高的平安等級(jí)，但假如平安元件多線路依舊比較簡(jiǎn)單，不適于大型生產(chǎn)線。3.使用平安PLC進(jìn)行平安掌握。平安可編程掌握器的CPU采納冗余的多處理器結(jié)構(gòu)。各個(gè)處理器之間相互監(jiān)控，一旦消失不全都，立即使掌握器處于平安狀態(tài)，并且發(fā)出報(bào)警信息；同時(shí)，平安可編程掌握器對(duì)內(nèi)部的RAM，EPROM，輸入輸出寄存器等元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且采納特別的測(cè)試脈沖對(duì)輸入信號(hào)和輸出被控元件進(jìn)行檢測(cè)，一旦消失任何擔(dān)心全隱患，掌握器立即切換至平安愛護(hù)狀態(tài)。平安總線系統(tǒng)適用于大型、離散式的平安掌握系統(tǒng)。其原理是在現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上，采納了一系列的時(shí)間檢測(cè)、地址檢測(cè)、連接檢測(cè)和CRC冗余校驗(yàn)等措施，達(dá)到高的平安等級(jí)。平安PLC是上世紀(jì)末消失的產(chǎn)品，他的優(yōu)點(diǎn)是可編程性能強(qiáng)大，使用平安總線能實(shí)現(xiàn)很高要求的平安掌握，但成本較高。4.使用可編程平安繼電器進(jìn)行平安掌握?？删幊唐桨怖^電器是近年推出的平安產(chǎn)品，它介于平安PLC和平安繼電器之間，即具有肯定的可編程性，價(jià)格卻不是很高。平安繼電器是一個(gè)多功能、可自由配置的模塊化平安系統(tǒng)。與其他一般平安繼電器不同，可編程平安繼電器的平安電路可在個(gè)人電腦上使用圖形配置工具輕松生成。通過基礎(chǔ)模塊上的RS232接口可以直接向可編程平安繼電器寫入程序。以上簡(jiǎn)潔介紹了平安掌握的幾種方式，那么與平安等級(jí)親密相關(guān)的平安元件是如何達(dá)到平安掌握的目的的呢？下面進(jìn)行分類介紹：1.防短路功能。平安線路一般使用雙回路掌握，即使有一條線路發(fā)生短路，依舊能防止設(shè)備在不滿意要求的狀態(tài)下運(yùn)行，另外平安繼電器和平安PLC都有短路診斷功能。2.放粘連功能。平安繼電器與一般繼電器不同，一般繼電器在長(zhǎng)時(shí)間電弧的作用下有可能發(fā)生觸點(diǎn)的粘連，而平安繼電器由于其特別的結(jié)構(gòu)，能保證在回路不滿意條件的狀況下觸點(diǎn)強(qiáng)制斷開。3.平安區(qū)域功能。通過平安門鎖和平安光柵行程指定的平安區(qū)域，一旦進(jìn)入平安門或穿越光柵，在平安掌握的作用下設(shè)備能夠強(qiáng)制停機(jī)，保證生產(chǎn)人員的平安。4.冗余功能。平安PLC和平安總線都具有冗余功能，確保在外界干擾下的平安性能不受影響。對(duì)于平安功能4個(gè)以下的單臺(tái)設(shè)備或流水線，我們可以使用緊湊型平安繼電器。例如，在動(dòng)力車間中的單臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其平安功能通常包括數(shù)個(gè)緊急停止按鈕、一扇至二扇平安門，并且平安等級(jí)在3級(jí)以上。對(duì)于這樣一個(gè)應(yīng)用，我們可以采納一個(gè)緊湊型平安繼電器掌握全部的緊急停止按鈕；再使用1/2個(gè)緊湊型平安繼電器掌握1/2扇平安門。任何一個(gè)平安繼電器被觸發(fā)，平安輸出必需切斷相關(guān)負(fù)載（如掌握軸運(yùn)動(dòng)的變頻器或伺服）。對(duì)于平安功能在4至14個(gè)的設(shè)備或流水線，我們推舉使用模塊化的可編程平安繼電器來(lái)得到更高的敏捷性和更低的成本。我們以一條油漆自動(dòng)化線為例，在此生產(chǎn)區(qū)域中，通常包括在安裝在噴涂區(qū)域進(jìn)出口的2對(duì)平安光柵、4/8個(gè)平安門、若干個(gè)緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器，并且平安等級(jí)在3級(jí)以上。我們當(dāng)然可以選用緊湊型的平安繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上平安功能。但是這種解決方案的成本較高、接線繁瑣、故障診斷困難。而可編程平安繼電器的應(yīng)用，不但能夠牢靠、高效的完成平安功能，并且能夠從設(shè)計(jì)、購(gòu)買、維護(hù)中降低成本。對(duì)于平安功能在數(shù)十個(gè)以上、或者大部分的平安功能都離散分布的現(xiàn)場(chǎng)，可編程平安PLC系統(tǒng)和平安總線系統(tǒng)可以使簡(jiǎn)單的平安掌握變得簡(jiǎn)便、清楚。在大型沖壓流水線中，平安PLC都有勝利的應(yīng)用案例。通常，一條沖壓流水線高10m，長(zhǎng)50m，分為涂油、沖壓、剪切等幾個(gè)工作區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都有2扇沖程門和若干的緊急停止按鈕；外圍還需要有平安光柵愛護(hù)換模區(qū)域；此外沖壓機(jī)械中還有大量的平安信號(hào)（比如上死點(diǎn)、閥信號(hào)等）需要接入平安掌握系統(tǒng)，并且以簡(jiǎn)單的規(guī)律關(guān)系貫穿于整個(gè)平安掌握回路。在這種狀況下，可編程平安繼電器和平安總線系統(tǒng)是最為合適的解決方案。平安PLC可以簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的規(guī)律關(guān)系。通過平安總線可以將分散在現(xiàn)場(chǎng)的平安輸入信號(hào)通過一根電纜集中至主站進(jìn)行掌握。在我國(guó)的生產(chǎn)制造行業(yè)，各種平安掌握系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。以汽車行業(yè)為例，合資